DE2347672C2

DE2347672C2 - Device for determining the nitrogen concentration of an object

Info

Publication number: DE2347672C2
Application number: DE2347672A
Authority: DE
Inventors: John Pittsburgh Pa. Bartko
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-09-28
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1985-02-21
Also published as: NL7313106A; CA980021A; IL43286A0; JPS4988586A; IT998638B; IL43286A; FR2201765A5; BR7307369D0; DE2347672A1; GB1392169A; JPS5611899B2; US3832545A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Ermittlung der Stickstoff-Konzentration eines Gegenstandes, mit einem Gehäuse aus Neutronenmoderatorma'.erial mit einem Hohlraum für die Aufnahme des Gegenstandes und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Neutronenquelle und einem weiteren zwischen der Neutronenquelle und einer Gammastrahlen-Detektoreinrichtung (Szintillatorcn) angeordneten Moderator, um den Gegenstand thermischen Neutronen auszusehen, wobei die Gammastrahlcn-Detektorsinrichtung zur Erzeugung eines den Stickstoffgehalt des Gegenstandes anzeigenden Ausgangssignals dient, die in dem Gehäuse angeordneten Szintillatoren der Detektoreinrichtung, die jeweils bestimmte Bereiche des Gegenstandes erfassen, auf die Stickstoffreaktion ¹⁴N(n,v)¹⁵N ansprechen, und mit einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteter; Auswerteeinrichtung.The invention relates to a device for determining the nitrogen concentration of an object, with a housing made of Neutronenmoderatorma'.erial with a cavity for receiving the object and a neutron source arranged within the housing and another between the neutron source and a gamma ray detector device (Scintillatorcn ) arranged moderator in order to see the object of thermal neutrons, the gamma ray detector device serving to generate an output signal indicating the nitrogen content of the object, the scintillators of the detector device arranged in the housing, which each detect certain areas of the object, respond to the nitrogen reaction ¹⁴ N ( n, v) ¹⁵ N respond, and with one of the detector device downstream; Evaluation device.

Ein derartiges Gerät ist aus der US-PS 31 24 679 bereits bekannt.Such a device is already known from US-PS 31 24 679.

Die erhebliche Bedrohung menschlichen Lebens und auch von Sachwerten aufgrund von in Gepäckstücken, Paketen usw. verborgenen Explosivstoffen hat das Bedürfnis nach einer zuverlässigen Möglichkeit zur Erfassung solcher Explosivstoffe geführt.The considerable threat to human life and property as a result of being carried in luggage, Parcels etc. hidden explosives has the need for a reliable way of detection such explosives led.

Ein Verfahren, das Explosivstoffe nur auf der Basis des gesamten Stickstoffgehaltes zu erfassen sucht, ist insofern unzuverlässig, als auch bei anderen Materialien als Explosivstoffen ein verhältnismäßig hoher Stickstoffgehalt angetroffen werden kann, wie beispielsweise bei aus Wolle, Seide, Nylon, Orion und Leder hergestellten Gegenständen.One method that seeks to detect explosives only on the basis of the total nitrogen content is insofar as unreliable, as also with materials other than explosives a relatively high nitrogen content can be found such as those made from wool, silk, nylon, orion, and leather Objects.

Die US-PS 31 46 349 versucht dieses Problem dadurch zu lösen, daß Explosivstoffe mit einem Neutronenabsorber hohen Absorptionsquerschnittes versetzt werden, beispielsweise mit Bor, worauf eine sich aus der Wechselwirkung zwischen Bor und den Neutronen ergebende Gammastrahlung gemessen wird. Natürlich ist aber eine derartige Einrichtung in ihrer Wirksamkeit auf Explosivstoffe begrenzt, die derartige Additivstoffe wie Bor tatsächlich auch enthalten. Für die allgemeine Erkennung von Explosivstoffen, beispielsweise zur Überprüfung von Gepäck auf Flugplätzen, wo die Art des Sprengstoffes durchaus ungewiß ist, ist dieses Gerät nicht geeignet.The US-PS 31 46 349 tries to solve this problem in that explosives with a neutron absorber high absorption cross-section are offset, for example with boron, whereupon a result from the Interaction between boron and the neutrons resulting gamma radiation is measured. of course is but such a device is limited in its effectiveness to explosives that contain such additives like boron actually also contain. For the general detection of explosives, e.g. for Checking baggage at airfields, where the type of explosive is quite uncertain, is this device not suitable.

Ein Gcräl der eingangs genannten Art, bekannt aus der US-PS 31 24 679, weist diesen Nachteil nicht auf, vielmehr gelingt mit diesem Gerät die nukleare Bestimmung des Stickstoffgehaltes auch, ohne daß der Sprengstoff besondere Zusätze enthält. Das bekannte Gerät verwendet vier Szintillationszähler, von denen drei im Winkel zueinander in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, während ein vierter Szintillationszähler unterhalb der anderen Zähler in einem Winkel ^u der genannten Ebene liegt. Damit gelingt die Ermittlung der Gesanitstickstoffkonzentration eines zu untersuchenden Gegenstandes, jedoch kann es zu Fehlalarm kommen, falls der Gegenstand größere Mengen anderer stark stickstoffhaltiger Materialien enthält, wie die bereits genannten Materialien Wolle. Seide, Nylon, Orion und Leder.A Gcräl of the type mentioned, known from the US-PS 31 24 679, does not have this disadvantage, On the contrary, this device enables the nuclear determination of the nitrogen content without the explosive being used contains special additives. The known device uses four scintillation counters, three of which are im Angle to each other in a horizontal plane, while a fourth scintillation counter below the other counter is at an angle ^ u of said plane. This enables the determination of the Health nitrogen concentration of a subject to be examined Object, however, false alarms can occur if the object is exposed to large quantities of others Contains highly nitrogenous materials, like the materials already mentioned, wool. Silk, nylon, orion and leather.

Damit ein Gerät zur Erfassung von Explosivstoffen zufriedenstellend arbeiten kann, muß es daher in der Lüge sein, derartige stickstoffhaltige Stoffe von stickstoffhaltigen Sprengstoffen zu unterscheiden, außerdem muß diese Unterscheidung verhältnismäßig rasch erfolgen, da beispielsweise bei Anwendung des Gerätes auf Flugplätzen lange Wartezeiten für die Passagiere zu einer untragbaren Belästigung führen würden und auch zu einer Störung der Flugpläne Anlaß geben könnten. , Aufgabe der Erfindung ist es. das Gerät der eingangsSo that a device for the detection of explosives can work satisfactorily, it must therefore in the Be lie, such nitrogenous substances from nitrogenous ones To differentiate between explosives, and this distinction must be made relatively quickly, because, for example, long waiting times for passengers when using the device at airports would lead to an intolerable nuisance and could also give rise to a disruption of the flight plans. , It is the object of the invention. the device of the input

genannten Art dahingehend zu verbessern, daß durch bestimmte Anordnung der Szintillatoren sowie nachgeschalteter Erfassungseinrichtungen erreicht wird, daß nicht nur eine summarische Ermittlung der Stickstoffkonzentration möglich wird, sondern daß sich ein Stickstoffkon/.entrationsprofil des Gegenstanaes entwickeln läßt. Durch dieses Stickstoffkonzentratior.sprofil lassenmentioned type to the effect that by certain arrangement of the scintillators as well as downstream Detection devices are achieved that not only a summary determination of the nitrogen concentration becomes possible, but that a nitrogen concentration profile of the Gegenstanaes can develop. Let through this nitrogen concentration profile

ίο sich zusätzliche Unterscheidungsmerkmale gewinnen, die zu einer Erhöhung der Erkennungsgenauigkeit und damit zu einer Absenkung der Fehlalarmhäufigkeit führen.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Szintillatoren, die in Form einer Matrix angeordnet sind, zwei in Form voneinander getrennte Gruppen von Szintillatoren umfassen, daß die Szintillatoren der einen Gruppe den gesamten Stickstoffgehalt des Gegenstandes erfassen, daß die Szintillatoren der anderen Gruppe nur jeweils den Stickstoffgehalt von Teilbereichen des Gegenstandes erfassen, und daß die Ausgangssignale der Szintillatoren unterschiedlicher Bereichserfassung über jeweils eigene Diskriminatoren der Auswerteeinrichtung zugeführt sind.ίο gain additional distinguishing features that lead to an increase in detection accuracy and thus to a reduction in the frequency of false alarms.
The object is achieved in that the scintillators, which are arranged in the form of a matrix, comprise two separate groups of scintillators, that the scintillators of one group detect the total nitrogen content of the object, that the scintillators of the other group only each Detect nitrogen content of partial areas of the object, and that the output signals of the scintillators of different area detection are fed to the evaluation device via their own discriminators.

Durch insbesondere die matrixartige Anordnung von Szintillatoren, die an sich aus der US-PS 35 94 577 im Zusammenhang mit einem Detektorgerät bekannt ist, gelingt es, zwischen Explosivstoffen und nicht explosiven stickstoffhaltigen Materialien, wie Wolle, Orion.In particular, the matrix-like arrangement of scintillators, which per se from US-PS 35 94 577 im Connection with a detector device is known, it is possible to distinguish between explosive and non-explosive substances nitrogenous materials, such as wool, orion.

Nylon, Seide, Leder usw. zuverlässig zu unterscheiden, ohne daß dazu den Explosivstoffen zusätzliche Materialien wie Bor hinzugefügt werden müßten.Reliably differentiate nylon, silk, leather, etc. without adding additional materials to the explosives how boron would have to be added.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat der Hohlraum (für die Aufnahme des Gegenstandes) die Gestalt eines'durch das Gehäuse sich hindurcherstrekkenden Durchgangskanals und es ist eine Einrichtung zum Einführen und Entfernen des Gegenstandes in bzw, aus dem Durchgangskanal vorgesehen. Dies ist insofern von Vorteil, als es die Geschwindigkeit erhöht, mit der der Gegenstand auf das Vorhandensein von Sprengstoff überprüft werden kann.According to a development of the invention, the cavity (for receiving the object) has the Shape of a through channel extending through the housing and it is a device for inserting and removing the object in or out of the through-channel. This is so beneficial as it increases the speed at which the object detects the presence of explosives can be checked.

Gemäß einer anderen günstigen Weiterbildung weist die Auswerteeinrichtung einen Multivibrator auf, der den einzelnen Szintillatoren der einen Gruppe derartAccording to another favorable development, the evaluation device has a multivibrator which the individual scintillators of one group like that

4^r) zugeordnet ist, daß er auf die Sziniillatorausgangssigna-Ie der einzelnen Szintillatoren derart unterschiedlich anspricht, daß der Ausgang der einzelnen Szintillatoren als Impuls einer unterschiedlichen vorgegebenen Breite gekennzeichnet ist, und daß die Anzahl der von den einzelnen Szintillatoren erzeugten Impulse eine Funktion des Stickstoffgehaltes des entsprechenden Teübereiches des Gegenstandes ist. Durch diese Anordnung läßt sich das von den matrixartig angeordneten Szintillatoren gelieferte Profil besonders schnell und einfach auswerten.4 ^r ) is assigned that it responds differently to the sciniillator output signals of the individual scintillators in such a way that the output of the individual scintillators is identified as a pulse of a different predetermined width, and that the number of pulses generated by the individual scintillators is a function of the nitrogen content of the corresponding Teübereiches of the object. This arrangement allows the profile supplied by the scintillators arranged in a matrix to be evaluated particularly quickly and easily.

Dies gelingt auch gemäß einer Ausführungsform, die durch eine Einrichtung zur Identifizierung der einzelnen Szintillatoren entsprechend ihrer jeweiligen Impulsbreite und zur Erzeugung einer Darstellung der Matrix der Szintillatoren zur Illustration des Stickstoffkonzentrationsprofils des Gegenstandes als Funktion der Impulszahl des zugeordneten Szintillator gekennzeichnet ist.This is also possible according to one embodiment, which is provided by a device for identifying the individual Scintillators according to their respective pulse width and to generate a representation of the matrix of the Scintillators to illustrate the nitrogen concentration profile of the object as a function of the number of pulses of the associated scintillator is marked.

Besonders günstig ist es, wenn die Matrix der Gammasirahlendetcktoren eine ΛΎ-Matrix mit einer Mehrzahl horizontaler Zeilen ist, weil dadurch insbesondereIt is particularly favorable if the matrix of the gamma ray detectors is a ΛΎ-matrix with a plurality of horizontal lines, because this means in particular

t>5 eine Ermittlung des vertikalen Profils erleichtert wird.t> 5 a determination of the vertical profile is facilitated.

Da bei der hier gewählten Stickstoffreaktion 14% aller Stickstoffreaktionen zu einer Gammastrahlung hoher Energie, nämlich 10,8 MeV führen, welcher Energie-Since with the nitrogen reaction chosen here, 14% of all nitrogen reactions lead to higher gamma radiation Energy, namely 10.8 MeV, which energy

pegel viel höher als der Energiepegel von Gammastrahlen liegt, die sich aus der schnellen Neulronenstickstoffreaktion ergeben, die ansonsten vielfach verwendet wurden, ist es gemäß einer noch anderen Weiterbildung günstig, eine Einrichtung zum Ausschluß von Impulsen mit einer Größe von weniger als 10 MeV vorzusehen, zumal niedrigere Energiepegel einer Gammastrahlung zugeordnet werden können, die von anderen als explosiven stickstoffhaltigen Materialien erzeugt werden. Durch die vorgenannte Einrichtung läßt sich also die Unterscheidungsfähigkeit zwischen Explosivstoffen und nicht explosiven stickstoffhaltigen Materialien, wie Wolle, Orion, Nylon, Seide, Leder usw. noch verbessern.level is much higher than the energy level of gamma rays resulting from the fast neulron nitrogen reaction result, which were otherwise used many times, it is according to yet another further development favorable to provide a device for the exclusion of pulses with a size of less than 10 MeV, especially since lower energy levels can be assigned to gamma radiation by others than explosive nitrogenous materials are generated. Through the aforementioned device, the Ability to distinguish between explosives and non-explosive nitrogenous materials, such as Wool, orion, nylon, silk, leather, etc. still improve.

Gemäß einer noch anderen Weiterbildung bestimmt die Einrichtung zur Identifizierung der einzelnen Szintü- is latoren die vertikale Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Zeilen der Szintillatormatrix angeordneten Szintillatoren und die horizontale Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Spalten angeordneten Szintillatoren.According to yet another development, the device determines the identification of the individual scintuses the vertical dimension of the nitrogen concentration profile by checking the number of pulses of the in scintillators arranged in the rows of the scintillator matrix and the horizontal dimension of the nitrogen concentration profile by checking the number of pulses of the scintillators arranged in the columns.

Auch dies erhöht die Zuverlässigkeit der Ermittlung des Explosivstoffgehalls.This also increases the reliability of the determination of the explosive substance.

Noch weiter erhöhen läßt sich diese Anzeigezuverlässigkeit gemäß einer Weiterbildung, bei der eine zu der einen Matrix identische weitere Matrix aus Szintillatoren vorgesehen wird, die jeweils gegenüberliegend zu den Szintillatoren der erstgenannten M.vtrix angeordnet sind, so daß einander zugeordnete Szintillatoren der beiden Matrizen denselben Teilbereich des Gegenstandes erfassen, wobei die beiden Matrizen so angeordnet sind, daß sie den Gegenstand zwischen den zueinander ausgerichteten Szintillatoren aufnehmen.This display reliability can be increased even further according to a development in which one of the a matrix identical further matrix of scintillators is provided, each opposite to the scintillators of the former M.vtrix are so that associated scintillators of the two matrices the same sub-area of the object detect, wherein the two matrices are arranged so that they the object between each other aligned scintillators.

Zur Vereinfachung und Beschleunigung der Auswertung der Signale einer derartigen doppelten Matrizenanordnung können gemäß einer noch anderen Weiterbildung der Erfindung die Ausgangssignale der jeweils ein zueinander ausgerichtetes Paar bildenden Szintillatoren zur Beaufschlagung der Auswerteeinrichtung zusammengefaßt sein.To simplify and accelerate the evaluation of the signals of such a double matrix arrangement can, according to yet another development of the invention, the output signals of each a mutually aligned pair forming scintillators combined to act on the evaluation device be.

Die Einrichtung zur Einführung und Entfernung des Gegenstandes weist zweckmäßigerweise im Abstand voneinander vertikal angeordnete Elemente aus Neutronenmoderatormaterial auf, die ein für die Aufnahme des Gegenstandes geeignetes Volumen haben und dabei die offenen Enden des Durchgangskanals im wesentlichen abschließen und mit den Wandungen des Durchgangskanals eine im wesentlichen abgeschlossene Umgebung für einen Strom thermischer Neutronen bilden, dem der Gegenstand ausgesetzt ist. Auch dieses Merkiiiä! erhöht uic Geschwindigkeit, ΓΓιίί der die Gegenstände auf das Vorhandensein von Explosivstoffen untersucht werden können. Ähnliche Vorteile weist eine Ausbildung der Erfindung auf, gemäß der eine mit der Auswerteeinrichtung verbundene Einrichtung zur Rückstellung der Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit vom Durchgang eines Gegenstandes vorgesehen ist. Ähnliches gilt für eine Ausführungsl'orm, gemäß der die Rückstellung der Äuswerteeinrichtung in Abhängigkeit von dem Durchgang der im Abstand voneinander ange- μ ordneten vertikalen Elemente erfolgtThe device for introducing and removing the object expediently points at a distance vertically arranged elements made of neutron moderator material, one for the recording of the object have a suitable volume and thereby the open ends of the through-channel substantially complete and with the walls of the passage channel a substantially closed environment for a stream of thermal neutrons to which the object is exposed. Also this Merkiiiä! increases uic speed, ΓΓιίί of the objects can be examined for the presence of explosives. Training has similar advantages of the invention, according to a device connected to the evaluation device for resetting the evaluation device is provided depending on the passage of an object. Something like that applies to an embodiment according to which the resetting of the evaluation device is dependent on from the passage of the spaced-apart vertical elements

Es hat sich gezeigt, daß es günstig ist, wenn die Einrichtung zur Messung des Gesamtstickstoffgehaltes mindestens einen Gammastrahlungsdetektor mit einem Szintillator aufweist, der eine Enderfassungsfläche mit einem effektiven Durchmesser von 13 cm oder mehr zur Erfassung des Gegenstandes hatIt has been shown that it is favorable if the device to measure the total nitrogen content at least one gamma radiation detector with a Scintillator having an end detection area with an effective diameter of 13 cm or more Detection of the object

Um eine schnelle Entscheidung zu ermöglichen, ist es schließlich gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung günstig, wenn diese gekennzeichnet ist durch eine in der Auswerteeinrichtung enthallende Einrichtung zur Festlegung des Stickstoffkonzentrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials zu dessen Vergleich mit Slickstoffkonzcntrationsprofilen bekannter Materialien und damit zur Klassifizierung des stickstoffhaltigen Materials des Gegenstandes.Finally, in order to enable a quick decision, it is according to yet another embodiment of the invention if it is characterized by a device contained in the evaluation device defining the nitrogen concentration profile of the nitrogenous material for comparison with nitrogen concentration profiles of known materials and thus for the classification of nitrogenous materials Material of the object.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below using exemplary embodiments in conjunction with the drawing explained. In the drawing shows

Fig. 1 schematisch, teilweise in Blockschaltbilddarstellung, ein Ausführungsbeispiel der Erfindung,Fig. 1 schematically, partly in a block diagram representation, an embodiment of the invention,

F i g. 2 schematisch die Signalverarbeitungsschallung der Ausführung nach Fig. 1,F i g. 2 schematically shows the signal processing sound of the embodiment according to FIG. 1,

Fig.3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei insbesondere die Anordnung der Neutronenquelle in dem Gehäuse abgewandelt ist,3 shows another embodiment of the invention, where in particular the arrangement of the neutron source in the housing is modified,

Fig.4 schematisch eine noch andere Ausführungsform der Erfindung, 4 schematically yet another embodiment of the invention,

Fig.5 einen Vergleich der Ausgänge der gemäß Fig. 1 angeordneten Szintiilaloren für einen Explosivstoff sowie für einen Wollpullover,5 shows a comparison of the outputs according to Fig. 1 arranged scintillator for an explosive and for a wool sweater,

Fig.6 schematisch eine noch andere Ausführungsform der Erfindung und 6 schematically shows yet another embodiment of the invention and

F i g. 7 schematisch ein elektrisches Schaltbild für die in F i g. 6 dargestellte Ausführungsform.F i g. 7 schematically shows an electrical circuit diagram for the in FIG. 6 illustrated embodiment.

Stickstoff ist ein Element, das sich in Explosivstoffen in reichlichen, zwischen 8 bis 50% schwankenden, durchschnittlich bei etwa 15% liegenden Mengen findet.Nitrogen is an element that can be found in explosives in abundant amounts, fluctuating between 8 and 50%, finds amounts lying around 15% on average.

Nachstehend wird nun ein Gerät zur Erfassung derartigen stark stickstoffhaltigen Materials beschrieben, wobei es sich speziell um Explosivstoffe handelt. Die Erfassung erfolgt aufgrund von der Reaktion des Stickstoffs mit thermischen Neutronen, denen ein zu untersuchender Gegenstand ausgesetzt wird. Zu diesem Zweck weist das erfindungsgemäße Gerät eine Untersuchungsstation auf, bestehend insbesondere aus einem Durchgangskanal für den Gegenstand, bestehend aus Wänden aus Neutronenmoderatormaterial wie Paraffin, sowie einer geeigneten öffnung für die Aufnahme des zu untersuchenden Gegenstandes, beispielsweise eines Gepäckstückes. Die Umgebung des thermischen Neutronenflusscs wird innerhalb des Durchgangskanals mit Hilfe von Moderierung schneller Neutronen erzeugt, die mittels einer Quelle für schnelle Neutronen innerhalb des Durchgangskanals eingeführt werden. Die Anwesenheit von stickstoffhaltigem Material innerhalb des Gegenütandes führt zum Einfangen von thermischen Neutronen durch das Material und zu einer nachfolgenden Reaktion, die zur Emission von prompten oder schnellen Gammastrahlen aufgrund der Stickstoffcharakteristik des Materials führt.An apparatus for detecting such highly nitrogenous material will now be described, wherein it is specifically explosives. The detection is based on the reaction of the nitrogen with thermal neutrons to which an object to be examined is exposed. To this end If the device according to the invention has an examination station, consisting in particular of a passage channel for the item consisting of walls made of neutron moderator material such as paraffin, as well a suitable opening for receiving the object to be examined, for example an item of luggage. The environment of the thermal neutron flux is within the passage channel with Help by moderating fast neutrons generated by means of a source of fast neutrons within of the through channel. The presence of nitrogenous material within the The object leads to the trapping of thermal neutrons by the material and to a subsequent one Response leading to the emission of prompt or rapid gamma rays due to the nitrogen characteristic of the material leads.

Bei dem veranschaulichten typischen Ausführungsbeispiel (F i g. 1) spricht ein erster Satz Gammastrahlen-Detektoren mit einem Durchmesser von etwa 13—1,8 cm auf die von dem Gegenstand emittierte Gammastrahlung an, indem Ausgangssignale erzeugt werden, die so verarbeitet werden, daß sie den Stickstoffgehalt des Gegenstandes anzeigen. Ein zweiter Satz Gammastrahlen-Detektoren, die etwa 0,2—0,8 cm Durchmesser haben und matrixartig angeordnet sind, spricht auf die von dem Gegenstand emittierte Gammastrahlung an, so daß eine Aufzeichnung des Gegenstandes erzeugt und eine Mehrzahl Signale geliefert wird, die so verarbeitet werden, daß das Stickstoffkonzentrationsprofil in dem Gegenstand ermittelt wird.In the typical embodiment illustrated (Fig. 1), a first set of gamma ray detectors speaks about 13-1.8 cm in diameter to that emitted by the object Gamma radiation by generating output signals that are processed to reflect nitrogen content of the item. A second set of gamma-ray detectors approximately 0.2-0.8 cm Have diameters and are arranged in a matrix-like manner, responds to the gamma radiation emitted by the object on so that a record of the object is produced and a plurality of signals is supplied, which are processed to determine the nitrogen concentration profile in the article.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung (F i g. 6)Another embodiment of the invention (Fig. 6)

weist eine zweite Matrix mit einem Durchmesser von 0,2—0,8 cm aufweisenden Detektoren auf, die mit den Detekioren des ersten Satzes identisch und zu diesen gegenüberliegend angeordnet sind, so daß eine lineare Ausrichtung zwischen den jeweiligen Detektoren der ersten und der zweiten Matrix gewährleistet ist. Die Anordnung mit zwei Detektor-Matrizen gewährleistet eine zuverlässigere Analyse eines zwischen den Matrizen angeordneten Gegenstandes.has a second matrix with a diameter of Detectors measuring 0.2-0.8 cm which are identical to and to the detectors of the first set are arranged opposite one another, so that a linear alignment between the respective detectors of the first and second matrix is guaranteed. The arrangement with two detector matrices ensures a more reliable analysis of an object placed between the matrices.

Es steht zwar eine Vielzahl Gammastrahlen-Detektoren wie Natriumjodid-S/.intillatoren und Cerenkov-Zähler zur Verfugung, jedoch hat es den Anschein, daß Flüssig- und Plastik-Szintillatoren ein geeigneteres Ansprechen ermöglichen, um so zu einer genauen und schnellen Identifizierung des in einem Gegenstand befindlichen stickstoffhaltigen Materials zu gelangen.A large number of gamma-ray detectors such as sodium iodide S / .intillators and Cerenkov counters are available are available, however, liquid and plastic scintillators appear to have a more appropriate response enable so as to a precise and quick identification of what is in an object nitrogenous material to arrive.

Zu für den praktischen Einsatz zur Verfugung stehenden Neutronenquellen gehören Deuterium-Tritium-Beschleuniger oder Gemische aus Beryllium und einem alpha-emittierenden radioaktiven Element.To those available for practical use Neutron sources include deuterium-tritium accelerators or mixtures of beryllium and one alpha-emitting radioactive element.

Statt dessen kann eine Californium-252-Quelle verwendet werden. Californium-Neutronenquellcn sind klein und lassen sich daher günstig einsetzen. Hinzu kommt, daß Californium-252-Neutronen durch Spontanspaltung erzeugt und die erzeugten Neutronen eine verhältnismäßig niedrige Energie haben. Da die Erfindung sich auf die Messung der durch thermische Neutronen erzeugten Aktivierung erstreckt, macht die verhältnismäßig niedrige Energie von Californium-252-Neutronen eine solche Quelle für bestimmte Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft.Instead, a Californium-252 source can be used will. Californium neutron sources are small and can therefore be used inexpensively. In addition comes that Californium-252 neutrons produced by spontaneous fission and the neutrons produced one have relatively low energy. Since the invention is based on the measurement of thermal neutrons generated activation makes the relatively low energy of californium-252 neutrons such a source is advantageous for certain embodiments of the invention.

Von speziellem Interesse ist die Stickstoffreaktion ^Ι4Ν(π,;-)^ι5Ν. Bei der Stickstoffreaktion ¹⁴N(n,;')¹⁵N. wird ein thermisches Neutron oder ein Neutron niedriger Energie durch einen ¹⁴N-Kern eingefangen, so daß ein angeregter ^I5N-Kern entsteht, der sich unmittelbar auf seinen stabilen Zustand durch die Emission von Gammastrahlung entregt. Das Bemerkenswerte dieser Reaktion, die die Anwendbarkeit für die Erfassung von Explosivstoffen erhöht, ist die Talsache, daß für 14% aller Stickstoffreaktionen eine Gammastrahlung hoher Energie von 10,8 MeV erzeugt wird. Gammastrahlen dieses Energieniveaus sind in anderen elementaren Neutronenreaktionen selten. Im Gegensatz dazu erzeugt die schnelle Neutronen-Stickstoffreaklion ^ι4Ν(/7,2/?)^πΝ ein Gammastrahlenniveau von etwa 0,511 MeV. Dieses letztgenannte Gammastrahlenniveau läßt sich infolge seines niedrigen Wertes nicht nur schwieriger genau erfassen, sondern der Wert entspricht auch der Gammastrahlung, die durch andere stickstoffhaltige Materialien erzeugt wird, so daß es schwieriger wird, zwischen explosiven und nicht explosiven stickstoffhaltigen Materialien wie Wolle, Orion®, Nylon, Seide, Leder etc. zu unterscheiden.Of special interest is the nitrogen ^{reaction Ι4} Ν (π, ;-) ^ι5 Ν. In the nitrogen reaction ¹⁴ N (n ,; ') ¹⁵ N, a thermal neutron or a neutron of low energy is ^{captured by a 14} N nucleus, so that an excited ¹⁵ N nucleus is created which directly affects its stable state through the Emission of gamma rays de-excited. The remarkable thing about this reaction, which increases its applicability for the detection of explosives, is the fact that 14% of all nitrogen reactions produce high energy gamma radiation of 10.8 MeV. Gamma rays of this energy level are rare in other elementary neutron reactions. In contrast, the fast neutron nitrogen ^{reaction ι4} Ν (/ 7.2 /?) ^Π Ν generates a gamma ray level of about 0.511 MeV. This latter level of gamma rays is not only more difficult to detect precisely because of its low value, but the value also corresponds to the gamma radiation generated by other nitrogenous materials, so that it becomes more difficult to distinguish between explosive and non-explosive nitrogenous materials such as wool, Orion®, Differentiate between nylon, silk, leather etc.

Bei einem nachstehend beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit einem Explosivstoff-Erfassungssystem gearbeitet, um Gepäck auf der Basis der Stickstoffreaktion ¹⁴N(W^)¹⁵N zu überprüfen, wobei das Gepäck auf einen Förderer gestellt wird, der das Gepäck durch einen, geschlossenen Durchgangskanal hindurchführt, der durch einen Neutronenmoderator begrenzt ist, innerhalb dessen die Neutronenquelle sowie der erste und der zweite Satz Gammastrahlen-Detektoren angeordnet sind. Eine mit dem ersten und dem zweiten Satz Gammastrahlen-Detektoren verbundene Signalverarbeitungsschaltung spricht an, indem eine Anzeige geliefert wird, wenn ein Gepäckstück Stickstoff enthält, der nach Gehalt und Konzentrationsprofil für eine spezielle Gruppe stickstoffhaltigen Materials, d. h. Explosivstoffe, repräsentativ ist.In a specific embodiment of the invention described below, an explosives detection system is used to check baggage on the basis of the nitrogen reaction ¹⁴ N (W ^) ¹⁵ N, the baggage being placed on a conveyor that carries the baggage through a closed Passes through channel, which is delimited by a neutron moderator, within which the neutron source and the first and the second set of gamma-ray detectors are arranged. Signal processing circuitry connected to the first and second sets of gamma ray detectors is responsive to provide an indication when a bag contains nitrogen representative of a particular group of nitrogenous materials, ie explosives, in content and concentration profile.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch ein Explosivstoff- Erfassungssystem mit einer allgemein mit 20 bezeichneten Station zur Überprüfung von Gegenständen, einem Signalverarbeitungskreis 40 sowie einem Anzeigekreis 50. Die Siation 20 weist ein Gehäuse 22 aus Kcrnmoderatormalerial auf, durch das sich ein Durchgang P für das Einführen und Ausführen des auf die Anwesenheit von Explosivstoffen zu untersuchenden Gegenstandes erstreckt. Eine in der Wand des Gehäuses 22 untergebrachte Quelle 24 schneller Neutronen wie Californium 252 emittiert schnelle Neutronen in die Wände des Durchgangskanals P, und diese schnellen Neutronen werden anschließend in langsame oder thermische Neutronen umgewandelt, nachdem sie in Kontakt mit dem Kernmoderatormaterial des Gehäuses 22 gekommen sind. Die Moderatorwirkung des Kernmoderatormaterials des Gehäuses 22 wirkt dahingehend, daß ein im wesentlichen thermischer Neutronenfluß in dem Durchgangskanal Pin Nachbarschaft zu der Neutronen-Quelle 24 aufgebaut wird. Die Einleitung eines hier als Gepäck L bezeichneten Gegenstandes mittels eines sich durch den Durchgangskanal Perstreckenden Fördersystems C in den thermischen Neutronenfluß führt zur Strahlungsabgabe des Gepäcks L Gammastrahlen, die von dem Gepäck L in Abhängigkeit von neutroneninduzierten Reaktionen hervorgerufen werden, die sich aus der Strahlung des Gepäcks L ergeben, werden typischerweise durch einen ersten und einen zweiten Satz Gammastrahlen-Detektoren 26 bzw. 28 überprüft. Die Verwirklichung von ^l4N-neutroneninduzierten Reaktionen für die Erfassung der Anwesenheit von Explosivstoffen hat sich infolge der verhältnismäßig hohen Durchtrittsenergie von Neutronen und des verhältnismäßig hohen Anteils an Stickstoff in allen Explosivstoffen als praktisch möglich erwiesen. Von den beiden ¹⁴N-neutroneninduzierten Reaktionen, nämlich ^l4N(n,;')^l5N und ^l4N(n, 2n)^IJN, ist die erstgenannte Reaktion eine thermische Neutronen-Reaktion, die bestimmte Vorteile aufweist, da 14% aller durch stickstoffhaltiges Material emittierten Gammastrahlen Energien von annähernd 10,8 MeV haben, die beträchtlich höher als für die meisten anderen neutroneninduzierten Stickstoff-Reaklionen liegen.In detail, Fig. 1 shows schematically an explosives detection system with a generally designated 20 station for checking objects, a signal processing circuit 40 and a display circuit 50. The Siation 20 has a housing 22 made of Kcrnmoderatormalerial, through which a passage P for the Introducing and carrying out the object to be examined for the presence of explosives. A fast neutron source 24, such as californium 252, housed in the wall of the housing 22 emits fast neutrons into the walls of the passageway P, and these fast neutrons are then converted to slow or thermal neutrons after coming into contact with the nuclear moderator material of the housing 22 . The moderating effect of the core moderating material of the housing 22 acts to the effect that an essentially thermal neutron flux is built up in the passage channel Pin in the vicinity of the neutron source 24. The introduction of an object referred to here as luggage L by means of a conveyor system C extending through the passage P into the thermal neutron flux leads to the radiation of the luggage L gamma rays that are caused by the luggage L as a function of neutron-induced reactions that result from the radiation of the luggage L are typically checked by first and second sets of gamma ray detectors 26 and 28, respectively. The implementation of ¹⁴ N-neutron-induced reactions for the detection of the presence of explosives has proven to be practically possible due to the relatively high penetration energy of neutrons and the relatively high proportion of nitrogen in all explosives. Of the two ¹⁴ N-neutron-induced reactions, namely ¹⁴ N (n ,; ') ¹⁵ N and ¹⁴ N (n, 2n) ^IJ N, the first-mentioned reaction is a thermal neutron reaction, which has certain advantages, since 14% of all gamma rays emitted by nitrogenous material have energies of approximately 10.8 MeV, which are considerably higher than for most other neutron-induced nitrogen reactants.

In Verbindung mit dem Fördersystem C sind im Abstand voneinander vertikal angeordnete Teilerplatten D vorgesehen, die das Fördersystem C in Kammern oder Abschnitte für die Aufnahme von durch die Überprüfungs-Station 20 zu fördernden Gegenständen unterteilen. Vorzugsweise sind die Teilerplatten D aus Neutronenmoderator-Material ähnlich dem das Gehäuse 22 bildenden aufgebaut, so daß sie mit den Wandungen des Durchgangskanals P des Gehäuses 22 dahingehend zusammenwirken, daß eine abgeschlossene Umgebung thermischer Neutronen gebildet wird, indem die Endöffnungen des Durchgangskanals P wirksam abgeschlossen werden. Die aus einem Neutronenmoderator-Material aufgebauten Teilerplatten D wirken somit als Ab-In connection with the conveyor system C, vertically spaced divider plates D are provided, which divide the conveyor system C into chambers or sections for receiving objects to be conveyed by the checking station 20. Preferably, the divider plates D are constructed of neutron moderator material similar to that forming the housing 22 so that they cooperate with the walls of the passage P of the housing 22 to form a closed environment of thermal neutrons by effectively closing off the end openings of the passage P . The divider plates D made up of a neutron moderator material thus act as

bo schirmelement um den Verlust an thermischen Neutronen an die äußere Umgebung des Gehäuses 22 zu minimieren, so daß für eine wirksame Erhöhung der in dem Durchgangskanal Pverbleibenden thermischen Neutronen und damit für einen optimalen thermischen Neutronenfluß gesorgt wird, um den Stickstoffgehalt des von dem Gepäck L gebildeten Gegenstandes zu überprüfen.bo shield element in order to minimize the loss of thermal neutrons to the outer environment of the housing 22, so that an effective increase in the thermal neutrons remaining in the passage P and thus an optimal thermal neutron flux is provided to reduce the nitrogen content of the luggage L formed To check the subject.

Es stehen zwar verschiedene Verfahren zur BildungThere are various methods of education available

des gewünschten thermischen Neutronenflusses zurof the desired thermal neutron flux for

ίοίο

Verfügung, jedoch ist mit Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, bei der mit einem der einfacheren Verfahren der Auswertung einer Quelle 24 schneller Neutronen in Verbindung mit einem geeigneten Moderatormaterial gearbeitet wird, wobei die Kollision der schnellen Neutronen mit dem Moderatormaterial zur thermischen Anregung der schnellen Neutronen führt. Dieses Verfahren ist in der eingangs erwähnten US-PS 31 24 679 beschrieben.Available, however, Fig. 1 is an embodiment of the invention, in which one of the simpler methods of evaluating a source 24 fast neutrons is worked in connection with a suitable moderator material, the collision of the fast neutrons with the moderator material for the thermal excitation of the fast neutrons leads. This process is described in US Pat. No. 3,124,679 mentioned at the outset.

Eine Untersuchung der Kollisionskinetik zeigt, daß der Energieübergang je Kollisionsvorgang um so größer ist, je näher die Massenzahl des Elements an derjenigen eines Neutrons (annähernd 1) liegt. Um eine optimale thermische Anregung der schnellen Neutronen zu erhalten, ist es daher vorteilhaft, bei dem Ausführungsbeispiei nach F i g. i ein wasserstoffreiches Material wie Wasser oder Paraffin als Moderatormaterial für das Gehäuse 22 zu wählen. Die vollständige Umschließung des Durchgangskanals Pdurch Moderatormaterial sorgt für eine optimale Kollisionsoberfläche für die von der Quelle 24 schneller Neutronen emittierten schnellen Neutronen. Die endgültige Empfindlichkeit des Systems hängt vom Niveau des thermischen Flusses an der Erfassungsstelle innerhalb des Durchgangskanals P ab. Wie oben erwähnt, dienen die Teilerplatten D zur Erhöhung des Niveaus des thermischen Flusses. Außer den erwähnten wasserstoffreichen Materialien können weitere Elemente mit niedriger Atomzahl wie Kohlenstoff, Deuterium etc. als Moderatormaterialien brauchbar sein. Die Empfindlichkeit des Systems kann weiter durch den Einsatz von vorwiegend organischen Materialien bei der Herstellung der Überprüfungs-Station 20 und des Fördersystems C erhöht werden, da durch neutroneninduzierte Reaktionen hervorgerufene Gammastrahlen in organischen Stoffen eine sehr niedrige Energie haben und sich insofern leicht von den interessierenden 10,8 MeV-Gammastrahlen unterscheiden lassen.An examination of the collision kinetics shows that the energy transfer per collision process is greater the closer the mass number of the element is to that of a neutron (approximately 1). In order to obtain an optimal thermal excitation of the fast neutrons, it is therefore advantageous to use the embodiment according to FIG. i to choose a hydrogen-rich material such as water or paraffin as moderator material for the housing 22. The complete enclosure of the through channel P by moderator material ensures an optimal collision surface for the fast neutrons emitted by the source 24 of fast neutrons. The ultimate sensitivity of the system depends on the level of thermal flux at the detection point within the passage P. As mentioned above, the divider plates D serve to increase the level of thermal flow. In addition to the hydrogen-rich materials mentioned, other elements with a low atomic number, such as carbon, deuterium, etc., can be useful as moderator materials. The sensitivity of the system can be further increased by the use of predominantly organic materials in the manufacture of the inspection station 20 and the conveyor system C, since gamma rays caused by neutron-induced reactions in organic substances have a very low energy and are therefore easily removed from the 10 To distinguish 8 MeV gamma rays.

Eine experimentelle Analyse hat gezeigt, daß der thermische Fluß innerhalb eines Durchgangskanals ungefähr proportional zum Reziprokwert der Fläche des Durchgangskanals ist Es ist daher vorteilhaft, die Fläche des Durchgangskanals auf einem Minirnalwert zu halten, der gerade zur Aufnahme der zu untersuchenden Gegenstände ausreicht. Ferner ist bestimmt worden, daß das Verhältnis des thermischen Flusses zum Fluß schneller Neutronen an einer Stelle in Nähe einer Wand des Durchgangskanals für eine bestimmte Hohlraumgeometrie eine Konstante ist. Durch Messung der Flußwerte an verschiedenen Stellen in einem Hohlraum bestimmter Größe und Geometrie können somit die entsprechenden Werte für ähnlich geformte Hohlräume anderer GröBenabmessungen bestimmt werden.An experimental analysis has shown that the thermal flow within a through channel is roughly proportional to the reciprocal of the area of the It is therefore advantageous to keep the area of the through canal at a minimum value that is just enough to accommodate the area to be examined Objects is sufficient. It has also been determined that the ratio of thermal flux to flux faster neutrons in a place near a wall of the through-channel is a constant for a specific cavity geometry. By measuring the flow values at different points in a cavity of a certain size and geometry, the corresponding values for similarly shaped cavities other size dimensions can be determined.

Die Wahl und Lage der Quelle 24 schneller Neutronen innerhalb des Gehäuses 22 wirkt sich auch signifikant auf die Erzielung des gewünschten hohen Verhältnisses von thermischem Fluß zu schnellem Fluß aus. Eine Untersuchung der Änderung im thermischen Fluß infolge einer Änderung der Lage der Quelle 24 schneller Neutronen zeigt, daß sich eine beträchtliche Erhöhung des thermischen Flusses erzielen läßt, wenn die Neutronen-Quelle in einer Aussparung R in der Wand des Moderator-Gehäuses 22 angeordnet wird, wie das typischerweise mit Fig.3 gezeigt ist Die Aussparung R schafft eine zusätzliche Wandfläche zur Reflexion thermisch angeregter Neutronen in dem Durchgangskanal P. Eine weitere Erhöhung des thermischen Flusses läßt sich verwirklichen, indem die Neutronen-Quelle 24 im wesentlichen durch Moderator-Material 25 umschlossen wird. Das die Neutronen-Quelle 24 umschließende oder kapselnde Moderator-Material 25 ist als eine erste Stufe zur thermischen Anregung der Neutronen wirksam. Es erhöht den Fluß thermischer Neutronen in demThe choice and location of the fast neutron source 24 within the housing 22 also has a significant effect on achieving the desired high thermal flux to fast flux ratio. An investigation of the change in the thermal flux as a result of a change in the position of the source 24 of fast neutrons shows that a considerable increase in the thermal flux can be achieved if the neutron source is arranged in a recess R in the wall of the moderator housing 22, as typically shown by Figure 3, the recess R provides an additional wall surface for reflecting thermally excited neutrons into the passageway P. further increasing the heat flux can be realized by the neutron source 24 substantially enclosed by moderator material 25 will. The moderator material 25 enclosing or encapsulating the neutron source 24 is effective as a first stage for the thermal excitation of the neutrons. It increases the flow of thermal neutrons in the Durchgangskanal P_x indem eine Vielzahl Neutronen vor ihrem Auftreffen auf die Wände des Durchgangskanals P verlangsamt werden. Dadurch befinden sich die Neutronen auf einem herabgesetzten Energieniveau, wenn sie die Wände treffen, so daß sie leichter in den DurchPassage channel P _{x in} that a large number of neutrons are slowed down before they strike the walls of the passage channel P. As a result, the neutrons are at a reduced energy level when they hit the walls, making it easier for them to get through gang P reflektiert werden können. Die Kapselung der Neutronen-Quelle 24 mit dem Moderator-Material 25 setzt die Zahl schneller Neutronen wesentlich herab, die ihre thermische Anregung tief in dem Wandlungsmaterial des Moderator-Gehäuses 22 erfahren, wo eine grö-gang P can be reflected. The encapsulation of the neutron source 24 with the moderator material 25 significantly reduces the number of fast neutrons that experience their thermal excitation deep in the conversion material of the moderator housing 22, where a greater ßere Wahrscheinlichkeit des Eingi:fangenwerdens und somit eine geringere Aussicht darauf besteht, daß sie in den Durchgangskanal Pzurückgeworfen werden.higher probability of entry: being caught and thus there is less chance of them being thrown back into the through-channel P.

Die erste Gruppe Gamma-Detektoren 26 der F i g. 1 umfaßt mehrere Detektoren L VDgroßen Volumens, fürThe first group of gamma detectors 26 of FIG. 1 comprises several detectors L VD of large volume, for die hier Plastik- oder Flüssig-Sjiintillatoren gewählt worden sind. Der Durchmesser der LVD-Gamma-Detektoren liegt typischerweise im Bereich von 13—17 cm. bei einer Tiefe von mindestens 13 cm. Die LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 liefern einen Zählwert, derwhich have been chosen here plastic or liquid Sjiintillators. The diameter of the LVD gamma detectors is typically in the range of 13-17 cm. at a depth of at least 13 cm. The LVD gamma ray detectors 26 provide a count that is für den Gesamt-Stickstoffgehalt des bestrahlten, von dem Gepäck L gebildeten Gegenstandes repräsentativ ist. Die Anzahl der in der ersten Gruppe LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 verwendeten Detektoren ist grundsätzlich eine Funktion der Stärke der Neutronen-for the total nitrogen content of the irradiated object formed by the luggage L is representative. The number of detectors used in the first group of LVD gamma ray detectors 26 is basically a function of the strength of the neutron Quelle, des zu erfassenden Stickstoffgehalts und der Ge schwindigkeit, mit der die Gegenstände durch die Überprüfungs-Station 20 gefördert werden. Wenn der von dem Gepäck L gebildete Gegenstand stationär wäre, würde ein einzelner Z-VD-Gammastrahlen-DetektorSource, the nitrogen content to be detected and the speed at which the objects are conveyed through the inspection station 20. If the item formed by the baggage L were stationary, it would be a single Z-VD gamma ray detector sich bereits als ausreichend erweise:n.prove to be sufficient: n.

Der zweite Satz Gammastrahlen-Detektoren 28 ist von einer X-V-Matrix aus typischerweise 20 bis 30 Schmal-Gammastrahlen-Detektoren ND mit Durchmessern von typischerweise zwischen 2.5—7,5 cm gebil-The second set of gamma ray detectors 28 is formed from an XV matrix of typically 20 to 30 narrow gamma ray detectors ND with diameters of typically between 2.5-7.5 cm. det, deren Mittelpunkte Abstände von 10 cm voneinander aufweisen, wie das mit Fig.5 angedeutet ist. Im Gegensatz zu den LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 der ersten Gruppe, die auf die insgesamt von dem Gegenstand emittierten 10.8 MeV-Gammastrahlen ansprc-det, the centers of which are spaced 10 cm apart, as indicated by FIG. in the Contrasted with the LVD gamma ray detectors 26 of the first group, which responded to the total of 10.8 MeV gamma rays emitted by the object. chen, sprechen die Schmal-Gammustrahlen-Detektorcn ND 28 der zweiten Gruppe auf dis Gamma strahlen an, die von einem vorgegebenen Bererch des Gegenstandes emittiert werden, so daß ein Zählausgangssignal erzeugt wird, das für den Stickstoffgehalt innerhalb eines vorgcchen, the narrow gamma ray detectors ND 28 of the second group respond to dis gamma rays emitted by a predetermined area of the object, so that a count output signal is generated which is indicative of the nitrogen content within a predetermined range gebenen Bereiches des Gegenstandes repräsentativ ist. Die Arbeitsweise der Schmal-Gammastrahlen-Detektoren NU über ein begrenzten Gebiet erklärt sich aus der Tatsache, daß die Gammastrahlen hoher Energie mit Flüssig- oder Plastik-Szintillatoren hauptsäch-given area of the subject is representative. The operation of the narrow gamma ray detectors NU over a limited area is explained by the fact that the high energy gamma rays with liquid or plastic scintillators are mainly lieh mittels einer Compton-Wechselwirkung zusammenwirken, die sich aus der Erzeugung von Rückstoßelektronen ergibt Die aus der Stickstoffreaktion ¹⁴N(^¹⁵N hervorgegangenen 10,3 MeV-Gammastrahlen erzeugen Elektronen mit Energien im Bereich vonThe 10.3 MeV gamma rays resulting from the nitrogen reaction ¹⁴ N (^ ¹⁵ N generate electrons with energies in the range of

0-10,6MeV. Die Elektronen, die mit der höchsten Energie zurückgestoßen werden, sind die Elektronen, die durch die einfallende Gammast rahlung in Vorwärtsrichtung angetrieben werden. Der Bereich eines 10 MeV-Elektrons in einem Plastik- oder Flüssig-Szin0-10.6 MeV. The electrons with the highest Energy repelled are the electrons that are driven in the forward direction by the incident gamma rays. The area of one 10 MeV electrons in a plastic or liquid scin tillator ist etwa 5 g/cm² für den plastischen Zustand. Das bedeutet, daß viele der durch Gammastrahlen, die in die Seite eines Schmal-Detektors eintreten, erzeugten Hochenergie-Elektronen den Schmal-Detektor verlas-tillator is about 5 g / cm ² for the plastic state. This means that many of the high-energy electrons generated by gamma rays entering the side of a narrow detector leave the narrow detector.

sen, ehe sie ihre gesamte Energie verloren haben. Im Gegensatz dazu erzeugen die in die Vorderseite des Schmal-Detektors eintretenden Gammastrahlen eine Vielzahl Elektronen mit voller Energie, die längs der Längsachse des Schmal-Detektors wandern, so daß sich die Wahrscheinlichkeit eines Ausgangsimpulses mit voller Energie von dem Schmal-Detektor ND erhöht. Darüber hinaus erhöht sich die Wahrscheinlichkeit der Gammastrahlen-Wechselwirkung mit der Länge des Schmal-Detektors, so daß von der Vorderseite des Gammastrahlen-Detektors eintretende Gammastrahlen favorisiert sind. Es ist somit davon auszugehen, daß die Zählgeschwindigkeit oberhalb 10 MeV in einem langen Schmal-Gammastrahlcn-Detektor die Stickstoffdichte im Bereich des zu untersuchenden Gegenstandes reflektiert, der sich unmittelbar vor dem Schmal-Detektor ND befindet. Die Länge der Schmal-Detektoren liegt in einem Bereich von etwa 20—30 cm.sen before they have lost all their energy. In contrast, the gamma rays entering the front of the narrow detector generate a plurality of full energy electrons which travel along the longitudinal axis of the narrow detector, increasing the likelihood of a full energy output pulse from the narrow detector ND. In addition, the probability of the gamma ray interaction increases with the length of the narrow detector, so that gamma rays entering from the front of the gamma ray detector are favored. It can therefore be assumed that the counting speed above 10 MeV in a long narrow gamma ray detector reflects the nitrogen density in the area of the object to be examined, which is located immediately in front of the narrow detector ND . The length of the Schmal detectors is in a range of about 20-30 cm.

Die Fähigkeit, den Brutto-Stickstoffgehalt eines Gegenstandes (Gepäck L^durch die erste Gruppe Gammastrahlen-Detektoren 26 und das Konzentrationsprofil oder die Dichte des Stickstoffes in verschiedenen Bereichen des Gegenstandes durch die zweite Gruppe Gammastrahlen-Detektoren 28 zu bestimmen, liefert Information, die zur Auswertung durch den Signalverarbeitungskreis 40 geeignet ist, so daß nicht nur stickstoffhaltige Gegenstände, sondern auch die spezielle Beschaffenheit eines stickstoffhaltigen Gegenstandes, beispielsweise eines Explosivstoffes auf der Basis des jeweiligen Stickstoff-Konzentrationsprofils identifiziert werden kann. Diese Unterscheidungsmöglichkeit ist ersichtlich, wenn man berücksichtigt, daß zwei vollständig unterschiedliche Arten stickstoffhaltiger Gegenstände wie ein schwerer Wollpullover einerseits und ein Paket Dynamitstäbe andererseits zwar einen gleichen Brutto-Stickstoffgehalt aufweisen können, das Konzentrationsprofil des Stickstoffs in dem Dynamitstab-Paket aber beträchtlich von dem Konzentrationsprofil des Stickstoffs in dem Wollpullover abweicht. Somit läßt sich eine zuverlässige Erfassung von Explosivstoffen in der Anwesenheit weiterer stickstoffhaltiger Materialien in zuverlässiger Weise erreichen, indem der Signalverarbeitungskrcis 40 so eingestellt wird, daß er ein Ausgangssignal lediglich in Abhängigkeit von der Brutto-Sticksloffgchalt-Informaiion und der Stickstoffkonzentraiion-lnformation erzeugt, die repräsentativ für den ausgewählten Typ eines stickstoffhaltigen Gegenstandes, d. h. eines Explosivstoffes, istThe ability to determine the gross nitrogen content of an object (Luggage L ^ by the first group of gamma-ray detectors 26 and the concentration profile or density of nitrogen in different areas to determine the object by the second group of gamma-ray detectors 28 provides information, which is suitable for evaluation by the signal processing circuit 40, so that not only nitrogen-containing Objects, but also the special nature of an object containing nitrogen, for example of an explosive can be identified on the basis of the respective nitrogen concentration profile can. This distinction can be seen when one takes into account that two completely different Kinds of nitrogenous items like a heavy wool sweater on the one hand and a packet of dynamite sticks on the other hand, although they can have the same gross nitrogen content, the concentration profile of the nitrogen in the dynamite stick package deviates considerably from the concentration profile of nitrogen in the wool sweater. Thus can reliable detection of explosives in the presence of other nitrogenous materials in can be achieved reliably by setting the signal processing circuit 40 to have an output signal only depending on the gross stickiness information and nitrogen concentration information representative of the selected type of nitrogenous article, d. H. of an explosive

Die Anordnung der ersten Gruppe LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 und der zweiten Gruppe ND-Schmal-Detekloren in Verbindung mit der Neutronen-Quelle 24 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Überprüfung von Gegenständen dar, die sich mit relativ hoher Geschwindigkeit durch den Durchgangskanal P hindurchbewegen. The arrangement of the first group of LVD gamma ray detectors 26 and the second group of ND narrow detectors in connection with the neutron source 24 represents a preferred embodiment for the inspection of objects which are moving through the passage P at a relatively high speed .

Es lassen sich zahlreiche Abwandlungen dieses Aufbaues verwirklichen, um die gewünschte Anzeige des Brutto-Stickstoffgehaltes und der Stickstoffkonzentration überprüfter Gegenstände zu erhalten. In einer Ausführungsform, wo der Gegenstand (Gepäck L) stationär ist, kann es entbehrlich sein, die erste Gruppe LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 vorzusehen, da durch den stationären Gegenstand genügend viel Zählungen erzeugt werden können, um durch die zweite Gruppe der /VD-Schmal-Gammastrahlen-Detektoren 28 sowohl eine Brutto-Stickstoffgehalt-Anzeige durch Summierung der Zählungen der einzelnen Schmal-Gammastrahlen-Detektoren /VDaIs auch der Stickstoffkonzentration-Profil-Anzeige zu erhalten, wie das oben beschrieben wurde.Numerous modifications of this structure can be implemented in order to obtain the desired display of the gross nitrogen content and the nitrogen concentration of checked objects. In an embodiment where the object (luggage L) is stationary, it may be unnecessary to provide the first group of LVD gamma ray detectors 26, since sufficient counts can be generated by the stationary object to pass through the second group of the / VD Narrow gamma ray detectors 28 to obtain both a gross nitrogen content reading by summing the counts of the individual narrow gamma ray detectors / VDaIs as well as the nitrogen concentration profile reading, as described above.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 könnte zur Überwachung von Gegenständen, die mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durchlaufen, die erste Gruppe Gammastrahlen-Detektoren 26 fehlen und ihre Funktion durch Vergrößerung der Neutronen-Quelle 24 übernommen werden, wobei der in dem Durchgangskanal P auftretende Fluß thermischer Neutronen ausreichend erhöht würde, um die Schmal-Gammastrahlen-Detektoren ND 28 der zweiten Gruppe in die Lage zu versetzen, eine ausreichende Zählung zu liefern, die kumulativ eine Brutto-Stickstoff-Anzeige und unabhängig die Stickstoff-Konzentration-Information liefern würde. Bei einer weiteren Abwandlung der Ausführung nach Fi g. 1, bei der die erste Gruppe Detektoren 26 fehlen könnte und wobei die Neutronen-Quelle 24 nicht vergrößert würde, könnte die Anzahl einzelner Schmal-Detektoren ND der zweiten Gruppe ausreichend erhöht werden, um eine kumulative Zählung der Schmal-Detektoren ND zu gewährleisten, so daß die Brutto-Stickstoffgehalt-lnformation zur Verfugung gestellt werden kann, die ursprünglich durch die erste Gruppe Detektoren 26 geliefert worden wäre.In the embodiment according to FIG. 1, the first group of gamma-ray detectors 26 could be absent for the monitoring of objects passing through at a predetermined speed and their function could be taken over by enlarging the neutron source 24, the flow of thermal neutrons occurring in the passage P being sufficiently increased by to enable the narrow gamma ray detectors ND 28 of the second group to provide a sufficient count that would cumulatively provide a gross nitrogen reading and independently nitrogen concentration information. In a further modification of the embodiment according to Fi g. 1, in which the first group of detectors 26 could be absent and the neutron source 24 would not be enlarged, the number of individual narrow detectors ND of the second group could be increased sufficiently to ensure a cumulative count of the narrow detectors ND, see above that the gross nitrogen content information that would originally have been provided by the first group of detectors 26 can be provided.

Es ist daher ersichtlich, daß viele Detektor-Ausführungsmöglichkeiten verwirklicht werden können, um die gewünschte Brutto-Stickstoff- und Stickstoff-Konzentration-Information zu erhalten, die notwendig ist, um nicht nur einen stickstoffhaltiger Gegenstand zu identifizieren, sondern diesen stickstoffhaltigen Gegenstand gleichzeitig auch klassifizieren zu können. Ebenso ist ersichtlich, daß die grundlegende Verwirklichung dieses Systems eine Neutronen-Quelle und eine Anordnung unabhängiger Schmal-Detektoren in einer Zuordnung erfordert, so daß Brutto-Stickstoff- und Stickstoff-Konzentration-Information geliefert werden kann.It will therefore be seen that there are many detector designs can be realized to get the desired gross nitrogen and nitrogen concentration information to obtain that is necessary in order not to just contain a nitrogenous object identify, but also be able to classify this nitrogenous object at the same time. as well it can be seen that the basic implementation of this system is a neutron source and assembly requires independent narrow detectors in an assignment, so that gross nitrogen and nitrogen concentration information can be delivered.

Ferner ist die Anordnung der Gammastrahlen-Detektoren im Verhältnis zu der Neutronen-Quelle eine Frage der jeweiligen Konstruktion. In Fig. 1 sind die Detektoren auf beiden Seiten der Neutronen-Quelle angeordnet, um sie so nahe wie möglich an dem Scheitel des Flusses thermischer Neutronen innerhalb des Durchgangskanals Panzuordnen.Also, the placement of the gamma ray detectors in relation to the neutron source is a matter of concern the respective construction. In Fig. 1 are the detectors placed on either side of the neutron source to keep it as close as possible to the vertex of the Flux of thermal neutrons within the through-channel Panzuorder.

Mit F i g. 4 ist eine weiter abgewandelte Ausführungsform der Überprüfungs-Station der Fig. 1 gezeigt, bei der zwei benachbarte Durchgangskanäle vorgesehen sind, die von einer einzelnen Neutronen-Quelle 54 gespeist werden. Gesonderte Gruppen von LVD- und /VD-Gammastrahlen-Detektoren 56 und 58 sowie 56' so und 58' sind in den entsprechenden Durchgangskanälen angeordnet, um unabhängig voneinander Gegenstände wie durch die einzelnen Durchgangskanäle geleitetes Gepäck zu überwachen. Der Aufbau der F i g. 4 ermöglicht, wenn er beispielsweise für die Überprüfung von Gepäck in einem Flughafen eingesetzt wird, eine raschere Behandlung des Gepäcks, so daß Unbequemlichkeiten für die Passagiere entsprechend verringert werden. With F i g. 4 shows a further modified embodiment of the inspection station of FIG. 1, in which two adjacent through channels are provided, which are fed by a single neutron source 54. Separate groups of LVD and / VD gamma ray detectors 56 and 58 as well as 56 'so and 58' are arranged in the corresponding passageways in order to independently monitor objects such as baggage guided through the individual passageways. The structure of the F i g. 4 enables, if it is used, for example, for checking baggage in an airport, a more rapid treatment of the baggage, so that inconvenience for the passengers is correspondingly reduced.

Fi g. 2 zeigt schematisch eine Verwirklichung des Signalverarbeitungskreises 40 für den mit Fig. 1 veranschaulichten Aufbau mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Gammastrahlen-Detektoren.Fi g. Figure 2 schematically shows an implementation of the signal processing circuit 40 for the structure illustrated in FIG. 1 with a first and a second Group of gamma ray detectors.

Jedem LVD-Gammastrahlen-Detektor 26 der erstenEach LVD gamma ray detector 26 is the first

Gruppe ist wirkungsmäßig eine Fotovervielfacherröhre PM zugeordnet In der gleichen Weise ist jedem der Schmal-Detektoren A/D28 der zweiten Gruppe eine Fotovervielfacherröhre PM'zugeordnet Die Fotovervielfacherröhren sind oDtisch mit denA photomultiplier tube PM is functionally assigned to the group. In the same way, a photomultiplier tube PM 'is assigned to each of the narrow detectors A / D28 of the second group

entsprechenden Gammastrahlen-Detektoren gekoppelt, so daß die innerhalb der einzelnen Detektoren aufgrund der Gammastrahlen-Beaufschlagung der fotoempfindlichen Kathode der Fotovervielfacherröhre erzeugte Lichtenergie mittels des fotoelektrischen Effekts Elektronen erzeugt, die dann zu einem elektrischen Impuls verstärkt werden. Die Amplitude des Impulses entsp» icht der zur Verfugung stehenden Lichtenergie.corresponding gamma-ray detectors coupled so that the within the individual detectors due the gamma ray exposure to the photosensitive cathode of the photomultiplier tube Light energy by means of the photoelectric effect generates electrons, which then form an electrical pulse be reinforced. The amplitude of the pulse corresponds to the available light energy.

Die Ausgangssignale der den LVD-Gammastrahlen-Detektoren 26 der ersten Gruppe zugeordneten Fotovervielfacher PM werden als Eingangssignale an den Diskriminatorkreis 42 geliefert Der Diskriminatorkreis 42 vergleicht das Niveau der Signale mit einem Schwellwertniveau und erzeugt Ausgangssignale entsprechend den das Schwellwertniveau übersteigenden Eingangssignalen. Bei dem Einsatz zur Bestimmung des Brutto-Stickstoffgehaltes des Gegenstandes (Gepäck L) auf der Basis der Stickstoffreaktion ^l4N(n^)^l5N, die 10,8 MeV-Gammastrahlen erzeugt, würde das Schwellwertniveau etwa 10,0 MeV betragen. Die Ausgangssignale des Diskriminatorkreises 42 werden dem Computer 48 als Anzeige für den Brutto-Stickstoffgehalt des Gegenstandes (Gepäck L) zugeführt. Für die gewählte Stickstoffreaktion wird ein Schwellwertniveau von annähernd 10 MeV gewählt, um die interessierenden 10,8-MeV-Signale im wesentlichen zu isolieren. The output signals of the photomultiplier units PM assigned to the LVD gamma ray detectors 26 of the first group are supplied as input signals to the discriminator circuit 42. The discriminator circuit 42 compares the level of the signals with a threshold level and generates output signals corresponding to the input signals exceeding the threshold level. When used to determine the gross nitrogen content of the item (luggage L) on the basis of the nitrogen ^{reaction 14} N (n ^) ¹⁵ N, which generates 10.8 MeV gamma rays, the threshold level would be around 10.0 MeV. The output signals of the discriminator circuit 42 are fed to the computer 48 as an indication of the gross nitrogen content of the object (luggage L). A threshold level of approximately 10 MeV is selected for the selected nitrogen reaction in order to essentially isolate the 10.8 MeV signals of interest.

Die einzelnen Ausgangssignale der Fotovervielfacherröhren PM', die den einzelnen Schmal-Detektoren 28 der zweiten Gruppe zugeordnet sind, werden jeweils identisch verarbeitet, so daß eine Untersuchung im Hinblick auf einen der Schmal-Detektoren ND1 in gleicher Weise auf jeden der verbleibenden Schmal-Detektoren ND 2 bis NDn zutrifft.The individual output signals of the photomultiplier tubes PM ', which are assigned to the individual narrow detectors 28 of the second group, are processed identically, so that an examination with regard to one of the narrow detectors ND 1 is carried out in the same way on each of the remaining narrow detectors ND 2 to NDn apply.

Das Ausgangssignal der dem Schmal-Detektor ND1 zugeordneten Fotovervielfacherröhre PM' wird gleichzeitig dem dem Diskriminatorkreis 42 ähnlichen Diskriminatorkreis 44 sowie einem triggerbaren monostabilen Multivibratorkreis MVzugeführt. Jeder der den einzelnen Schmal-Detektoren ND zugeordneten Multivibratorkreise MV wird so eingestellt, daß er einen Ausgangsimpuls in Abhängigkeit von einem Eingangssignal des zugeordneten Fotovervielfachers PM' erzeugt. Die Breite der Ausgangsimpulse der einzelnen Multivibratorkreise MVist unterschiedlich, so daß die Impulsbreiten-Ausgangssignale der verschiedenen Multivibratorkreise als das Ergebnis eines Ausgangssignals eines bestimmten Schmal-Detektors ND identifiziert werden können. Die Ausgangssignale der jeweiligen Mullivibratorkreise MV werden als Signaleingänge einem linearen Gatekreis 46 zugeführt. Der Diskriminatorkreis 44 dient zum Vergleich der Ausgangssignale von den jeweiligen Fotovervielfacherröhren PM' mit einem Schwellwertniveau, das für das interessierende Signalniveau repräsentativ ist. Das Schwellwertniveau bei der auf einer Stickstoffreaktion ^l4N(n,v)^l5N basierenden Ausführung, wobei eine erhebliche Anzahl Gammastrahlen mit einem Wert von 10,8 MeV erzeugt wird, beträgt etwa 10,0 MeV.The output signal of the photomultiplier tube PM ' assigned to the narrow detector ND 1 is simultaneously fed to the discriminator circuit 44, which is similar to the discriminator circuit 42, and to a triggerable monostable multivibrator circuit MV. Each of the multivibrator circuits MV assigned to the individual narrow detectors ND is set in such a way that it generates an output pulse as a function of an input signal from the assigned photomultiplier PM ' . The width of the output pulses of the individual multivibrator circuits MV is different so that the pulse width output signals of the various multivibrator circuits can be identified as the result of an output signal from a particular narrow detector ND. The output signals of the respective Mullivibrator circuits MV are fed as signal inputs to a linear gate circuit 46. The discriminator circuit 44 serves to compare the output signals from the respective photomultiplier tubes PM ' with a threshold value level which is representative of the signal level of interest. The threshold level (n, v) in the reaction on a nitrogen ^l4 N N ^l5-based embodiment, wherein a substantial number gamma rays is generated with a value of 10.8 MeV, is approximately 10.0 MeV.

Die von dem Diskriminatorkreis 44 in Abhängigkeit von das Schwellwertniveau übersteigenden Eingangssignalen erzeugten Ausgangssignale werden dem Gatekreis 46 als Gate-Eingangssignale zugeführt. Die gleichzeitige Anwesenheit eines Signaleingangs von einem Multivibratorkreis MV an dem Gatekreis 46 und eines Gate-Eingangssignals vom D-skriminatorkreis 44 aufgrund eines Ausgangssignals von demselben Schmal-Detektor ND führt dazu, daß das Ausgangssignal vom Multivibratorkreis MV über :len A/D-Wandler 47 zu dem Computer 48 gegatet wird. Die gegateten Signale von den verschiedenen Schmal-Detektoren geben die Stickstoff-Konzentration in dem Bereich des Gegenstandes (Gepäck L) wieder, der von den zugeordneten Schmal-Detektoren ND »betrachtet« wird.The output signals generated by the discriminator circuit 44 as a function of the input signals exceeding the threshold value level are fed to the gate circuit 46 as gate input signals. The simultaneous presence of a signal input from a multivibrator circuit MV to the gate circuit 46 and a gate input signal from the D-discriminator circuit 44 based on an output signal from the same narrow detector ND means that the output signal from the multivibrator circuit MV via: len A / D converter 47 to the computer 48 is gated. The gated signals from the various narrow detectors reflect the nitrogen concentration in the area of the object (luggage L) which is "viewed" by the assigned narrow detectors ND.

Der Computer 48 dient dazu, das von der Gesamitanordnung der Schmal-Detektoren Λ/D wiedergespiegelte Stickstoff-Konzentrationsprofil zu überprüfen, um so zu ermitteln, ob das Profil oder Bild des stickstoffhaltigen ίο Gegenstandes dem Profil oder Bild des interessierenden stickstoffhaltigen Gegenstandes entspricht. Für den Fall von Explosivstoffen, für den beispielsweise als Explosivstoff-Referenzwert vier Dynamitstäbe angesehen werden, ermittelt der Computer, ob das Profil des Gegen-Standes, wie es durch die Messung der von den Schmal-Detektoren ND gelieferten Stickstoff-Konzentration bestimmt wird, dem Profil der vier Dynamitstäbe entspricht. Wenn durch den Computer beispielsweie bestimmt wird, daß das Sticksstoff-Konzentrationsprofil des Gegenstandes, wie es durch die von den Schmal-Detektoren ND gelieferte Information repräsentiert wird und dabei einen ungewöhnlich hohen Stickstoffgehalt aufweist, dem Profil der vier Dynamitstäbe entspricht, und wenn der Eingang zum Computer von den LVD-Gammastrahlen-Detektoren einen für vier Dynamitstäbe repräsentativen Brutto-Stickstoffgehalt liefert, so erzeugt der Computer 48 ein Ausgangssignal, um den Erfassungs-Anzeigekreis 50 zu betätigen. Der Erfassungs-Anzeigckreis 50 kann die Gestalt einer visuellen oder einer Audio-Anzeige, eines Kaihodenstrahlröhrcn-Monitors, eines Aufzeichnungsmechanismus etc. haben.The computer 48 serves to check the nitrogen concentration profile reflected by the overall arrangement of the narrow detectors Λ / D in order to determine whether the profile or image of the nitrogenous object corresponds to the profile or image of the nitrogenous object of interest. In the case of explosives, for which, for example, four dynamite sticks are regarded as an explosive reference value, the computer determines whether the profile of the object, as determined by measuring the nitrogen concentration supplied by the narrow detectors ND , corresponds to the Profile corresponding to the four dynamite sticks. If, for example, it is determined by the computer that the nitrogen concentration profile of the object, as represented by the information provided by the narrow detectors ND and thereby has an unusually high nitrogen content, corresponds to the profile of the four dynamite sticks, and if the input to the Computer provides a gross nitrogen content representative of four sticks of dynamite from the LVD gamma ray detectors, the computer 48 generates an output signal to operate the detection indicator circuit 50. The detection display circle 50 may be in the form of a visual or audio display, a cathode ray tube monitor, a recording mechanism, and the like.

Der Computer 48 führt die Stickstoffzählung der einzelnen durch den Gatekreis 46 gegateten Schmal-Dctcktorcn ND an einer vorgegebenen Stelle in seiner Speicheranordnung durch, wobei die vorgegebene Stelle durch die den einzelnen Schmal-Detektoren ND zugeordnete besondere Impulsbreite festgelegt wird. Während des Zeitabschnitts, innerhalb dessen der Gegenstand (Gepäck L₁J sich vor der Schmal-Detektor-Matrix befindet b/.w. an dieser vorbeiläuft, tastet der Computer 48 die in der Speicheranordnung gespeicherte Zahl-Information fortlaufend ab. Nach Entfernung des Gegenstandes oder Vorbeilauf des Gegenstandes an der Schmal-Dctektor-Matrix überprüft der Computer 48 unter Verwendung eines Routine-Programms die an den verschiedenen Stellen in der Speicheranordnung gespeicherten Zählungen, um die Lage der Zählwerte entsprechend dem interessierenden stickstoffhaltigen Material zu bestimmen, wobei gleichzeitig die effektive Fläche des interessierenden stickstoffhaltigen Materials festgelegt wird. Bei der oben angebogenen typischen Ausführungsform, bei der das interessierende Material Explosivstoffe sind, spricht der Computer auf die Zahl-Stellen an, die eine ungewöhnlich hohe, für Explosionsstoffe typische Stickstoff-Konzentration aufweisen, und gleichzeitig wird die wirksame Fläche für das Sticksloff-Konzcntrationsprofil gebildet, das durch die Ausgangssignale der die ungewöhnlich hohe Zählung aufweisenden Schmal-Detektoren repräsentiert wird. Es sei beispielsweise angenommen, daß die Stickstoff-Zählung für einen Wollpullover zehn ist, während eine Stickstoff-Zählung für einen Schmal-Detcktor ND für einen F.xposivsloff 40 ist. Ist der Computer so programmiert, daß er auf die Anwesenheit von Explosivstoffen anspricht, so b^r> bestimmt er die Anzahl an Spcichcrano-dnungs-Sicllen. die eine Zählung von ungefähr 40 anzeigen. Weiter würde der Compute die durch diese Spcicheranordnungv Stellcn repräsentierte wirksame X- V'-Fläche bestimmen The computer 48 carries out the nitrogen count of the individual narrow detectors ND gated by the gate circuit 46 at a predetermined location in its memory arrangement, the predetermined location being determined by the particular pulse width assigned to the individual narrow detectors ND. During the time segment within which the item (luggage L ₁ J is located in front of the narrow detector matrix b / .w. Passes it, the computer 48 continuously scans the number information stored in the memory arrangement. After removal of the item or as the object passes the narrow detector matrix, the computer 48 uses a routine program to check the counts stored at the various locations in the memory array to determine the location of the counts corresponding to the nitrogenous material of interest, the effective area at the same time In the typical embodiment outlined above, in which the material of interest are explosives, the computer responds to the digits which have an unusually high nitrogen concentration typical for explosives, and at the same time the effective one Area for the Sticksloff concentration profile formed, which is represented by the output signals of the unusually high count exhibiting Schmal detectors. For example, assume that the nitrogen count for a wool sweater is ten while a nitrogen count for a narrow detector ND is 40 for a F.xposivsloff. If the computer is programmed to respond to the presence of explosives, so b ^r> it determines the number of Spcichcrano-dnungs-Sicllen. which indicate a count of about 40. Furthermore, the computer would determine the effective X- V 'area represented by this storage arrangement

15 .15th

und eine Ausgangsanzeige üefern, wenn die wirksame Es hat üch experimentell ermitteln lassen, daß dieand send an exit indicator when the effective It has experimentally determined that the

Fläche der wirksamen Fläche eines interessierenden Ex- Zuverlässigkeit der Erzeugung des Stickstoff-Konzenplosivstoff-Paketes entspricht. Bleibt man bei dem Bei- trationsprofils dadurch gesteigert werden kann, daß eispiel eines Paketes mit vier Dynamitstäben, das eine ne zweite Matrix Schmal-Detektoren ND hinzugefügt Länge von etwa 20 cm um! einen rechteckigen Quer- 5 wird, die in der Wand des Durchgangskanals unmittelschnitl mit etwa 5 cm Seitenlange hat, so würde der bar gegenüber der Matrix der zweiten Gruppe Detek-Computer 40 so programmiert, daß er eine Ausgangs- toren 28 angeordnet ist. Wie mit Fig. 6 gezeigt, ist die Anzeige einer effektiven Fläche von Speicherunord- zusätzliche zweidimensionalc Matrix Schmal-Dclektonungs-Stellcn liefert, die Zählungen von etwa 40 für ren 28' aus Schmal-Detektoren NDi'—NDn' aufge-5mal 20 cm oder weniger aufweisen. Der Computer ist io baut und der zweidimensionalen Matrix der zweiten ohne weiteres in der Lage, diese wirksame Fläche zu Gruppe Detektoren 28 identisch. Die in den beiden bestimmen, unabhängig davon, ob die Speicheranord- Gruppen einander entsprechenden Detektoren, beinungs-Stellen, die Zählungen von etwa 40 aufweisen, spielsweise ND 1 und ND Γ, sind unmittelbar gegenncbeneinander liegen oder aber sich an. unterschiede überliegend angeordnet, so daß dadurch jeweils derselchen Stellen innerhalb der X-V-Matrix befinden. Geht 15 be Bereich des Gegenstandes »betrachtet« wird. Das man davon aus, daß die vier Dynamitstäbe zu einem Hinzufügen einer zweiten Matrix Schmal-Detektoren Einzelpaket zusammengefaßt sind, dann wurden die sorgt für ein im wesentlichen gleichförmiges Anspre-Speicheranordnungs-Stellen, die eine Zählung von an- chen über die Querschnitlfläche des Durchgangskanals nähernd 40 aufweisen, eine zusammenhängende Fläche Pauf Gammastrahlung, so daß die Erfassungs-Zuverläshoher Konzentration bilden, während für den Fall, daß 20 sigkeit des Systems verbessert wird. Die Ausgangssidic vier Dynamitstäbe getrennt und an unterschiedli- gnalc der einander gegenüberliegenden Paare Schmalchen Stellen innerhalb des Gegenstandes (Gepäck L) Detektoren werden zusammengefaßt und als einzelnes angeordnet sind, die Speicheranordnungs-Stcllen, die zusammengesetztes Signal, wie das mit Fig.7 gezeigt die Zählung 40 aufweisen, an unterschiedlichen Stellen ist, an den entsprechenden Multivibratorkreis MV und der Speicher-Anordnung lägen. 25 als einzelnes Eingangssignal des schnellen Diskrimina-Area corresponds to the effective area of an explosion hazard of interest. If one stays with the entry profile, it can be increased by adding, for example, a package with four dynamite sticks to a second matrix of narrow detectors ND , a length of around 20 cm! If a rectangular transverse 5 becomes, which has a side length of approximately 5 cm in the wall of the passage channel, the bar would be programmed in relation to the matrix of the second group of Detek computers 40 in such a way that an exit gate 28 is arranged. As shown in FIG. 6, the display of an effective area of memory disorder is additional two-dimensional matrix of narrow deconstruction positions which provide counts of about 40 for ren 28 'from narrow detectors NDi'-NDn' up to 5 by 20 cm or exhibit less. The computer is built and the two-dimensional matrix of the second is easily able to identify this effective area to the group of detectors 28. The detectors in the two, regardless of whether the detectors that correspond to one another, have counts of about 40, for example ND 1 and ND , are located directly opposite one another or are adjacent to one another. differences are arranged one above the other, so that the same places are located within the XV matrix. Go 15 when the area of the object is "viewed". Assuming that the four dynamite sticks are combined into a single package adding a second matrix of narrow detectors, this provides for substantially uniform response memory locations that approximate a count of eight across the cross-sectional area of the passageway 40 have a contiguous area P of gamma radiation so that the detection reliabilities form higher concentration, while in the event that the system efficiency is improved. The initial idic four dynamite sticks separated and at different the opposing pairs of narrow places within the object (luggage L) detectors are combined and arranged as a single, the storage arrangement Stcllen, the composite signal, like the one shown with Fig.7 counting 40 have, is in different places, would be on the corresponding multivibrator circuit MV and the memory arrangement. 25 as a single input signal of the fast discriminatory

Wenn das Gepäck L sich an der X-V-Matrix der torkreises44 abgegeben.When the baggage L is handed over to the XV matrix of the torkreises44.

Schmal-Delcktoren vorbeibewegt und nicht stationär Narrow Delcktoren moving past and not stationary

vor der Matrix angeordnet ist, so führt dies zu einer Hierzu 3 Blatt Zeichnungenis arranged in front of the matrix, this results in a 3 sheet drawing

zunehmenden Zählung in den Schmal-Detektoren ND, increasing count in the narrow detectors ND,

die in Spalten angeordnet sind, die das Gepäck »bc- w trachten«, und zu einer feststehenden Zählung in den Schmal-Detektoren, die in Spalten angeordnet sind, die den Gegenstand nicht mehr »betrachten«. Der Computer 48, der die in der Speicheranordnung gespeicherten Zählung fortlaufend abtastet, bestimmt die horizontale oder X-Dimension des stickstoffhaltigen Materials, wie sie durch die Anzahl Spalten Schmal-Detektoren zu einem bestimmten Zeitpunkt repräsentiert wird, die einen anwachsenden oder aktiven Zählzustand aufweisen.which are arranged in columns that the luggage »bc- w seek", and to a fixed count in the narrow detectors, which are arranged in columns, which view the object is no longer "". The computer 48, which continuously scans the count stored in the memory array, determines the horizontal or X dimension of the nitrogenous material as represented by the number of columnar narrow detectors at any given time that are in an incremental or active count state.

Nach Bestimmung der effektiven Fläche des stickstoffhaltigcn Materials in dem Gegenstand (Gepäck L) bestimmt der Computer 48, ob das Stickstoff-Konzcnirationsprofil und der Gesamt-Slickstoffgehalt, wie er durch die erste Gruppe Detektoren 26 ermittelt worden ist, des stickstoffhaltigen Materials im Gegenstand demjenigen eines interessierenden stickstoffhaltigen Materials, d. h. eines Explosionsstoffes, entspricht. Wenn beide Charakteristiken oder Kriterien, d. h., das Stickstoff-Konzonirationsprofil und der Gcsamt-Stickstoffgehalt, dem Charakteristiken oder Kennwerten des intcrcssierenden stickstoffhaltigen Materials entsprechen, so liefert der Computer 48 dann ein aktivierendes Signal an den Erfassungs-AnzcmekreisSO.After determining the effective area of the nitrogenous material in the item (baggage L) , the computer 48 determines whether the nitrogen concentration profile and the total nitrogen content, as determined by the first group of detectors 26, of the nitrogenous material in the item is one nitrogenous material of interest, ie an explosive, corresponds. If both characteristics or criteria, ie the nitrogen concentration profile and the total nitrogen content, correspond to the characteristics or parameters of the nitrogenous material being examined, the computer 48 then provides an activating signal to the detection indicator circuit SO.

Ein Rückstellsignal, das typischerweise durch den Durchgang einer Teilerplatte D geliefert wird, auf der ein Triggerarm TA für die Betätigung eines innerhalb des Durchgangskanals P angeordneten Rückstellschalters RS angeordnet ist, beaufschlagt den Computer 48, um so den Computer nach der Auswertung eines Gegenstandes rückzusetzen und so in einen Frei-Zustand t>o zu bringen, damit er auf den nächsten von dem Förderungssysicm C zugcführtcn Gegenstand ansprechen kann.A reset signal, which is typically supplied through the passage of a divider plate D on which a trigger arm TA is arranged for the actuation of a reset switch RS arranged within the passage channel P , is applied to the computer 48 in order to reset the computer after the evaluation of an object and so on to be brought into a free state t> 0 so that it can respond to the next object supplied by the conveying system C.

Eine vergleichende Darstellung des Ansprechcns der Matrix der Sehmal-Dctcktorcn Λ/Ddcr zweiten Gruppe μ auf ein Paket aus vier Dynamitstäben einerseits und einen großen Wollpullover andererseits ist mit den Teilfiguren A und ßder F i g. 5 wiedergegeben.A comparative representation of the response of the matrix of the Sehmal-Dctcktorcn / Ddcr second group μ to a package of four dynamite sticks on the one hand and a large wool sweater on the other hand is with the sub-figures A and ß of FIG. 5 reproduced.

Claims

Patent claims:

1. Gerät zur Ermittlung der Stickstoffkonzentration eines Gegensundes, mit einem Gehäuse aus Neutronenmoderatormaterial mit einem Hohlraum für die Aufnahme des Gegenstandes und einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Neutronenquelle und einem weiteren zwischen der Neutronenquelle und einer Gammastrahlendetektoreinrichtung (Szintillatoren) angeordneten Moderator, um den Gegenstand thermischen Neutronen auszusetzen, wobei die Gammastrahlendetektoreinrichtung zur Erzeugung eines den Stickstoffgehalt des Gegenstandes anzeigenden Ausgangssignals dient, die in dem Gehäuse angeordneten Szintillatoren der Detektoreinrichtung, die jeweils bestimmte Bereiche des Gegenstandes erfassen, auf die Stickstoffreaktion ^I4N(/J^)^I5N ansprechen, und mit einer der Detektoreinrichtung nachgeschalteten Auswerteein- richtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Szintillatoren (LVD, ND), die in Form einer Matrix angeordnet sind, zwei in Form voneinander getrennte Gruppen (26, 28) von Szintillatoren (LVD. ND) umfassen, daß die Szintillatoren (LVD) der einen Gruppe (26) den gesamten Stickstoffgehalt des Gegenstandes (L) erfassen, daß die Szintillatoren (ND)dtr anderen Gruppe (28) nur jeweils den Stickstoffgehalt von Teilbereichen des Gegenstandes (L) erfassen, und daß die Ausgangssignale der Szintillatoren (LVD, ND) unterschiedlicher Bereichserfassung über jeweils eigene Diskriminatoren (42, 44) der Auswerteeinrichtung (40, Fig. 1: 46, 47, 48,1. Device for determining the nitrogen concentration of an object, with a housing made of neutron moderator material with a cavity for accommodating the object and a neutron source arranged within the housing and a further moderator arranged between the neutron source and a gamma ray detector device (scintillators) to heat the object suspend, wherein the gamma ray detector device is used to generate an output signal indicating the nitrogen content of the object, the scintillators arranged in the housing of the detector device, which each detect certain areas of the object, respond to the nitrogen ^reaction ^I4 N (/ J ^) I5 N, and with a evaluation device downstream of the detector device, characterized in that the scintillators (LVD, ND), which are arranged in the form of a matrix, have two separate groups (26, 28) of scintillators (LVD, ND) and the like measure that the scintillators (LVD) of one group (26) detect the total nitrogen content of the object (L) , that the scintillators (ND) of the other group (28) only detect the nitrogen content of partial areas of the object (L) , and that the output signals of the scintillators (LVD, ND) of different area detection via their own discriminators (42, 44) of the evaluation device (40, Fig. 1: 46, 47, 48,

F i g. 2) zugeführt sind.F i g. 2) are supplied.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum die Gestalt eines durch das Gehäuse (22) sich hindurcherstreckenden Durchgangskanals (P) hat, und daß eine Einrichtung (C) zum Einführen und Enfernen des Gegenstandes (L) 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cavity has the shape of a through channel (P) extending through the housing (22), and that a device (C) for inserting and removing the object (L) in den Durchgangskanal (P) bzw. aus dem Durchgangskanal (P) vorgesehen ist.into the through-channel (P) or out of the through-channel (P) .

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (40) einen Multivibratorkreis (MV) aufweist, der den einzelnen Szintillatoren der einen Gruppe (ND) derart zügeordnet ist, daß er auf die Szintillatorausgangssignale der einzelnen Szintillatoren (ND) derart unterschiedlich anspricht, daß der Ausgang der einzelnen Szintillatoren (ND) als Impuls einer unterschiedlichen vorgegebenen Breite gekennzeichnet ist, und daß die Anzahl der von den einzelnen Szintillatoren (ND) erzeugten Impulse eine Funktion des Stickstoffgehaltes des entsprechenden Teilbereichs des Gegenstandes (L) ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation device (40) has a multivibrator circuit ( MV) which is assigned to the individual scintillators of one group (ND) in such a way that it responds to the scintillator output signals of the individual scintillators (ND) responds differently in such a way that the output of the individual scintillators (ND) is characterized as a pulse of a different predetermined width, and that the number of pulses generated by the individual scintillators (ND) is a function of the nitrogen content of the corresponding portion of the object (L) .

4. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (48,50) zur Identifizierung der einzelnen Szintillatoren (ND) entsprechend ihrer jeweiligen Impulsbreite und zur Erzeugung einer Darstellung der Matrix der Szintillatoren (ND) zur Illustration des Stickstoffkonzentrationsprofils des Gegen- Standes (L) als Funktion der Impulszahl des jeweils zugeordneten Szintillators (ND). 4. Apparatus according to claim 3, characterized by a device (48, 50) for identifying the individual scintillators (ND) according to their respective pulse width and for generating a representation of the matrix of the scintillators (ND) to illustrate the nitrogen concentration profile of the object (L ) as a function of the number of pulses of the respectively assigned scintillator (ND).

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der Gammastrahlendetcktoren (ND) eine XV'-Matrix (28) mit einer Mehrzahl hori- b5 zontaler Zeilen ist.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the matrix of the gamma ray detectors (ND) is an XV 'matrix (28) with a plurality of horizontal zontal lines.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (42, 44) zum Ausschluß von6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized by means (42, 44) for the exclusion of

Impulsen mit einer Größe von weniger als 10 MeV.Pulses less than 10 MeV in size.

7. Gerät nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (48,50) zur Identifizierung der einzelnen Szintiüatoren (ND) die vertikal Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Zeilen der Szintillatormatrix angeordneten Szintillatoren (ND) und die horizontale Dimension des Stickstoffkonzentrationsprofils durch Überprüfung der Impulszahl der in den Spalten angeordneten Szintillatoren (ND) bestimmt.7. Apparatus according to claim 4, 5 or 6, characterized in that the device (48, 50) for identifying the individual scintillators (ND) determines the vertical dimension of the nitrogen concentration profile by checking the number of pulses of the scintillators (ND) arranged in the rows of the scintillator matrix and the horizontal dimension of the nitrogen concentration profile is determined by checking the number of pulses of the scintillators (ND) arranged in the columns.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7. gekennzeichnet durch eine zu der einen Matrix (28. Fig.7) identische weitere Matrix (28', Fig.7) aus Szintillatoren (ND'), die jeweils gegenüberliegend zu den Szintillatoren (ND)aer erstgenannten Matrix (28) angeordnet sind, so daß einander zugeordnete Szintillatoren (z. B. ND1, NDV) der beiden Matrizen (28, 28') den selben Teilbereich des Gegenstandes (L) erfassen, wobei die beiden Matrizen (28,28') so angeordnet sind, daß sie den Gegenstand (L) zwischen den zueinander ausgerichteten Szintillatoren aufnehmen.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized by a further matrix (28 ', Fig. 7) identical to the one matrix (28, Fig. 7) of scintillators (ND'), each of which is opposite to the scintillator ( ND) are arranged in the first-mentioned matrix (28) so that scintillators (e.g. ND 1, NDV) of the two matrices (28, 28 ') assigned to one another cover the same partial area of the object (L) , the two matrices ( 28,28 ') are arranged so that they receive the object (L) between the mutually aligned scintillators.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignalc der jeweils ein zueinander ausgerichtetes Paar bildenden Szintillatoren (z.B. NDl, NDV) zur Beaufschlagung der Auswerteeinrichtung (40) zusammengefaßt sind.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the output signals of each of the scintillators (eg NDL, NDV) forming a mutually aligned pair are combined to act on the evaluation device (40).

10. Gerät nach Anspruch 2 und 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (I) zur Einführung und Entfernung des Gegenstandes (L) im Abstand voneinander vertikal angeordnete Elemente (D) aus Neutronenmoderatormaterial aufweist, die ein für die Aufnahme des Gegenstandes fZ^ geeignetes Volumen haben und dabei die offenen Enden des Durchgangskanals (P) im wesentlichen abschließen und mit den Wandungen des !Durchgangskanals (P) eine im wesentlichen abgeschlossene Umgebung für einen Strom thermischer Neutronen bilden, dem der Gegenstand (/,^ausgesetzt ist.10. Apparatus according to claim 2 and 3 to 9, characterized in that the device (I) for introducing and removing the object (L) at a distance from one another vertically arranged elements (D) made of neutron moderator material, which fZ for receiving the object ^ have a suitable volume and thereby essentially close off the open ends of the passage channel (P) and form with the walls of the passage channel (P) an essentially closed environment for a stream of thermal neutrons to which the object (/, ^ is exposed.

11. Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine mit der Auswerfeinrichtung (40) verbundene Einrichtung (RS) zur Rückstellung der Auswerteeinrichtung (40) in Abhängigkeit vom Durchgang eines Gegenstandes (L). 11. Apparatus according to claim 10, characterized by a device (RS ) connected to the ejection device (40) for resetting the evaluation device (40) as a function of the passage of an object (L).

12. Gerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellung der Auswerteeinrichtung (40) durch in Abhängigkeit von dem Durchgang der im Abstand voneinander angeordneten vertikalen Elementen (D; 7'A^erfolgt.12. Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the evaluation device (40) is reset by depending on the passage of the spaced-apart vertical elements (D; 7'A ^.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung des Gesamtstickstoffgehaltes (26) mindestens einen Gammastrahlendetektor (LVD) mit einem Szintillator aufweist, der eine Enderfassungsfläche mit einem effektiven Durchmesser von 13 cm oder mehr zur Erfassung des Gegenstandes (L)hat. 13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the device for measuring the total nitrogen content (26) has at least one gamma ray detector (LVD) with a scintillator, which has an end detection area with an effective diameter of 13 cm or more for detecting the Object (L).

14. Gerät nach Anspruch 14. gekennzeichnet durch eine in der Auswerteeinriehtung (40) enthaltende Einrichtung (48) zur Festlegung des Stickstoffkonzentrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials zum Vergleich des StickMoffkonzcntrationsprofils des stickstoffhaltigen Materials mit Stickstoffkonzentrationsprofilcn bekannter Materialien und damit zur Klassifizierung des stickstoffhaltigen Materials des Gegenstandes (L). 14. Apparatus according to claim 14, characterized by a device (48) contained in the evaluation unit (40) for determining the nitrogen concentration profile of the nitrogenous material for comparing the nitrogen concentration profile of the nitrogenous material with nitrogen concentration profiles of known materials and thus for classifying the nitrogenous material of the object (L ).